ANNEAU A COUPLAGE EN PARALLELE MULTIPLE
L'objet et la disposition des connexions équipoieniielles pour les armatures annulaires multipolaires ont été développés précédemment, page 91.
29. Armature en anneau à couplage en parallèle multiple. — Lorsqu'il s*agit de construire une armature destinée à fournir un courant intense sous faible tension, le couplage en parallèle simple conduit souvent à un nombre trop restreint de conducteurs de forte section 'et à un trop petit nombre de lames au collecteur. Avec l'enroulement en anneau on peut, il est vrai, avoir, à nombre égal de barres induites, un nombre de lames double de celui qu'on aurait avec une armature en tambour; mais néanmoins le nombre de lames peut être si faible, ou, en d'autres termes, l'intensité par branche d'armature si forte, qu'un bon fonctionnement de la machine devienne impossible.
Il y a deux moyens d'augmenter les nombres de barres et de lames et de réduire le courant par branche d'armature : on peut ou bien augmenter le nombre des pôles et le diamètre de l'armature, la vitesse périphérique de l'armature restant sensiblement la même, ou bien recourir à un enroulement à couplage en parallèle multiple.
Quel que soit le nombre des pôles, on obtiendra cet enroulement en prenant
avec la condition que in^ soit un nombre entier plus grand que 1.
L'enroulement peut être à fermeture simple, double, triple, et jusqu'à iDk fois multiple.
Il est à fermeture simple quand y et S ou y et a n'ont aucun facteur commun.
L'enroulement de la figure 27 est caractérisé par
p=^i iS = 18 ink = 2 a = 2 y= + 2.
y et S ou y et a ayant 2 comme facteur commun, l'enroulement est fermé deux fois, et l'on a alors deux enroulements indépendants l'un de Tautre. Pour éviter toute interruption de courant avec ces enroulements et pour que la mise en court circuit des
126 CHAPITIΠSEPTIEME
bobines neutres puisse s'effectuer, il faut faire couvrir aux balais plus d'une lame.
C'est Weston qui, le premier, a décrit, dans son brevet allemand n** 21184 du 21 mars 1882, une armature à deux enroulements indépendants. Il cherchait à supprimer, par cette disposition, les courants susceptibles de prendre naissance entre lames voisines par suite d'insufRsance d'isolation (ou entre lames voisines correspondant à différentes branches d'armature).
La figure 28 fournit un exemple de couplage* en parallèle multiple k fermeture simple. On y a
p=l S = 17 nik = 2 a = 2 ^= + 2,
et les quatre branches sont
La section 6 est en court circuit, et cela aussi longtemps que les balais portent sur les trois lames cde.
Les enroulements en question sont applicables de la môme manière aux machines w^^///^/)o/alVe5; il suffît de multiplier le nombre des balais corrélativement au nombre de pôles. Cependant le couplage en parallèle multiple est encore mieux réalisé, dans les machines multipolaires, par le couplage en séries parallèles de VAuteiir,
30. Armature en anneau à couplage en série. — Toutes choses égales d'ailleurs et h même nombre de spires d'armature, la force électromotrice que peut fournir un couplage en série est p fois celle que donnerait un couplage en parallèle; par contre, le courant est p fois plus petit. Le couplage en série est donc indiqué lorsqu'on cherche une tension élevée ou une faible vitesse linéaire.
Ce mode de couplage permettant en outre une disposition plus simple du système des balais, il sera également indiqué de préférence dans certains cas où Ton pourrait employer le couplage eu parallèle.
Il a été suggéré, pour les armatures annulaires, par Perrij^ dans
soQ brevet anglais n" 3036 de 1882 et a été appliqué pour la première fois pa.r Andrews.
Pour le couplage en série (enroulement ondulé) la formule générale
Fig. 80.
Enroulement en anneau à, couplage en série.
subsiste, et, dans les enroulements en anneau, iiC étant égal à S, cette formule peut également revêtir la forme
Sit\
On voit dans la figure 80 un enroulement de ce genre pour lequel on a
S=K=i22 p = 3 et
La fin de la bobine 1 est reliée au commencement de la bobine 1 + 7=8, etc.
Comme on Ta vu page 63, le nombre des balais nécessaires à
renroulement ondulé est de deux (par exemple A^ et BJ. La Ogure comporte autant de balais que de pôles. Les balais A^ et A, sont reliés avec Aj et les balais B, et B, avec B^ par Tentremise d'une bobine, indépendamment des liaisons directement établies entre les balais de même nom. Si Ton n'emploie que deux balais, A^ et Bj. par exemple, on voit immédiatement sur la figure 80 que trois sections se trouvent connectées en série par chaque balai durant la période de court circuit. C'est ainsi que
A^ commue les sections 3 — 10 — 17, en tension et
Si, au contraire, on applique tous les balais, il y a mise en court circuit
des sections 2 — 3 — 10 — 47 — 18 par les balais — Aj,A,etA3 dessectionsl3— U— 21— 7—7 — +B„B,etB,
et les bobines en court circuit ne sont plus simplement en tension, ?nais bien couplées aussi en parallèle K En tenant compte des connexions directes entre les balais de mômes polarités, on a pour les circuits de commutation :
A, — 2 — Aj — Aj A| — 3 — Aj — A^ Aj — 10 — A3 -— As A3 — 17 — A, — A3
B^ — 13 — B, -- Bj B, — 14 — B, — Bj B, — 21 — B, -- B, B3 — 6 — Bj — B3 Bs— 7 — Bj-Bj
Si Ton vient à supprimer un balai, A„ par exemple, les deux bobines 3 et 10 restent seules en série et la bobine 2 n'est plus en court circuit.
La règle suivante est absolument générale pour un nombre quelconque de pôles p :
Si ton supprime py, balais consécutifs de même polarité à la périphérie du collecteur^ avec un couplage en série, il n'y a plus, couplées en série, que (p,v+ 1) bobines en court circuit ; les autres
1 . On remarquera seulement que les sections commuées ou mises en court circuit ne sont pas symétriquement placées par rapport aux champs. La figure 80 accuse nettement cette particularité qui est surtout marquée dans les armatures iusuffisammeai sectionnées. [N. d. T.]
AUMATUHE KN ANxNEAU A COUPLAGE EN SEHIE i2îJ
bobines en court circuit sont couplées parallèlement entre elles et en série avec les précédentes. Le nombre des bobines en court circuit é'st en même temps réduit tant qu'on n augmente pas t épaisseur ^ des balais ^
Vn changement dans le nombre des balais entraine donc une modification tant de la self-induction que de la résistance du circuit de commutation, ce qui peut avoir une grande influence sur la manière dont celle-ci s'eflectue. (Voir Chapitre XVI).
Si l'on emploie plus dedeux balais de chaque polarité, il ne faut pas compter sur une répartition uniforme du courant entre ces balais, notamment si le collecteur présente du faux-rond, et il est alors possible que certains balais se trouvent surchargés. Ce risque de surcharge d'un balai croît avec le nombre des balais, c'est-à-dire avec le nombre de pôles, quand on emploie 2p balais. On peut néanmoins assurer une répartition plus uniforme du courant en donnant une résistance relativement grande aux liaisons entre renroulement et le collecteur.
Le tracé d'un schéma d'enroulem(»nt comportant un grand nombre de sections est une opération longue et qui ne se prête pas aux vérifications nécessaires. Dans la pratique on se contente d'esquisser une partie de l'enroulement, en indiquant, en plus, le nombre total des sections, le nombre des conducteurs et le pas de l'enroulement. On peut se fier absolument, en ce qui concerne le pas, aux formules données. Si Ton veut cependant en contrôler l'exactitude on peut recourir li un tableau d" enroulement.
A titre d'exemple d'un tableau de ce genre nous choisirons l'enroulement hexapolaire défini par
I. I) une manière génuralc, il faut, ici et dans tout le corps de cet ouvrage, cntcndi-e par « épaisseur » de balai « la longueur de l'arc de portée d'un balai sur hitoUecteur ». fN. d. T.]
i. Ainsi, figure 80, si l'on supprime un balai positif. A,, par cvemplo, les circuits iW commutation par les balais positifs sont les suivants :
Ai — 3 10 — A, — A, A, - 17 - A, - A, A, 18 - A, — A,.
Los sections 3 et 10 sont on série; les sections 17 et 18 sont en parallèle par les balais A, et A, et en série avec les bobines 3 et 40, abstraction faite des liaisons directes entre balais. — Si l'on supprime A« et A,, soit deux haluls, le court circuit se réduit à trois sections, 3, 10 et 17, en série. [N. d. T.J
E. Arnold. — La machine dynamo à courant continu. U
Tableau d'enroulement pour S=:iiO, y=zXl, p=3.
et, pour constituer reuroulcnient, nous partirons de la bobine 1 et continuerons en ajoutant chaque fois le pas 37 au nombre précédemment obtenu. — De la sorte nous ne reviendrons à 1 qu'après avoir, en opérant ainsi, formé et formé une seule fois chacun des nombres compris enti*e 1 et 110.
Armature annulaire à couplage en série de V Auteur avec augmentation du nombre de lames du collecteur. — Le nombre des sections en tension simultanément mises en court circuit par un balai est, pour les couplages en série usuels, égral à p.
On n'emploie généralement les armatures en anneau avec couplage en série que pour la production de tensions supérieures à .'iOO volts. Dans ces conditions la construction des sections et l'isolation des unes par rapport aux autres rendent intéressant d'en limiter le nombre le plus possible. Un mode spécial d'enroulement permet cependant de conserver le nombre des lames de collecteur dans les schémas découplages précédenunent décrits et de réduire dans le rapport de — le nombre des sections, ou, ce qui revient au même, de rendre le nombre des lames égal à p fois celui des sections.
Si K ^=p,8y chaque balai ne met simultanément en court circuit que -^^ = -^^ = 1 section. Le nombre de spires de cette secton peut, en conséquence, être, à égalité de conditions de fonc-
tionnement, p fois aussi grand que quand p sections en tension sont mises en même temps en court circuit.
La figure 8i représente un schéma tétrapolaire avec p . 8 lames de collecteur. Le nombre des sections est également ici, en général,
S^p.yzti.
Fig. 81.
Armature en anneau & couplage en série de l'Auteur.
Les segments de collecteur séparés les uns des autres par une
distance angulaire de - — degrés sont électriquement reliés entre
eux.
La figure 8i répond aux éléments caractéristiques suivants :
p=z2, S = 9, yi=5, K-\%.
D*aprës la règle générale de couplage on doit relier i' avec
1 -j- 5 =6, et 6' avec G + S = 9 + 2, soit avec 2, et ainsi de suite.
Pour perihetlre de suivre plus aisémen.t la marche du courant,
132 CHAPnUE SEPTIEME
on a, dans la ligure, donné les mêmes numéros aux lames de collecteur qui doivent être électriquement reliées entre elles.
Les connexions transversales des éléments du collecteur sont disposées à l'intérieur de celui-ci; elles peuvent être réalisées au moyen de fourches en cuivre mince. Le tracé plein correspond à la série d'avant, et le tracé en pointillé, à la série d'arrière de ces sortes de fourches, disposées d'ailleurs sur deux plans qu'il est ainsi facile d'isoler.
Les liaisons extérieures des sections avec le collecteur sont tout aussi simples que dans les couplages ordinaires en parallèle de la figure 25, et le remplacement éventuel de ces bobines s'y affectue aussi facilement,
31. Armature en anneau à couplage en séries parallèles. — Les formules générales de couplage ont conduit ri42//ew/* à cet enroulement, rarement employé d'ailleurs avec les armatures en anneau.
\J enroulement Westoti^ formé de deux enroulements indépendants l'un de l'autre, est un cas particulier du couplage en séries parallèles.
11 suffit de faire a> 1 dans les formules
y = et Vk =
applicables aux enroulements en anneau. On obtient ainsi soit un enroulement composé de a enroulements en série indépendants, soit un enroulement fermé unique présentant 2a branches d'armature, a peut d'ailleurs être inférieur, égal ou supérieur à p. r^'emploi de cet enroulement, très important dans la construction lies dynamos, fera l'objet d'une étude spéciale, détaillée, à propos des armatures en tambour. Nous nous bornerons h en donner ici un seul exemple.
Soient
Sica S
^±i=^^i=yi
Cet enroulement est représenté pai*ia figure 82, où Ton a adopté
ANNEAU A COUPLAGE EN SEKIES PARALLELES 133
le pas le plus court : 7. L'enroulement avec ce pas minimum est préférable en raison du moindre encombrement des connexions transversales. La fin de la bobine 1 est reliée au commencement de la bobine 1 + 7=:8, et ainsi de suite.
Pour déterminer la position des balais on a indiqué le sens du courant dans les sections par des pointes de flèclies. On obtient ainsi les six positions de balais ai\ f marqués des signes -\- et — .
Armature en anneau à couplage en séries parallèles de T Auteur. a=ji.
Cet enroulement se distingue du couplage en parallèle d'un enroulement imbriqué par différentes particularités ci-après indiquées :
1) D'abord les bobines correspondant à une même branche d'armature ne se trouvent plus côte à côte; elles sont, au contraire, réparties à la périphérie de l'armature dans l'ensemble des
i34 CHAPITRE SEPTIEME
champs de môme polarité. Partant du balai négatif P^ on a» pai-
exemple, les circuits
/ 2— 9 — iC.
Les écarts entre les forces électromotrices des branches d'armature individuelles, résultant de l'irréguIaiMté du champ magnétique (Voir p. 67), sont, par suite, à conditions égales, beaucoup plus petits qu'avec les armatures à couplage en parallèle.
2) Un seul balai ne peut pas mettre une section en court circuit; les connexions fixes des balais, négatifs ou positifs, font en effet également partie du circuit fermé sur lui-môme.
Entre les balais négatifs de la figure 82 on a les mises en court .".ircuit suivantes :
La durée du court circuit est influencée par la position dissymétrique d'un balai ou par une inégale répartition des lames du collecteur.
3) On peut adopter un nombre de balais inférieur à celui des pôles, à la condition de donner plus d'épaisseur aux balais de môme polarité immédiatement voisins de ceux supprimés.
Supposons, par exemple, le balai P, supprimé dans la figure 82; les bobines 3 et H doivent rester en court circuit. On y arrivera en donnant plus d'épaisseur aux balais P^ et P^ de telle sorte que Pj soit relié à P, par les bobines 3 et iO et que, d'autre part, Pj soit relié à P, par les bobines 11 et 4. Indépendamment des sections 3, 11, 19 mises précédemment en court circuit (lorsque les trois balais étaient appliqués), les bobines 4 et 10 le sont également. Deux des sections sontcouplées en série dans deux circuits, et les bobines 4 — 3 et 10 — 11 sont voisines. Les courts circuits sont ainsi constitués :
Pi - 3 - JO - P3 - P, P, - 19 - P3 - \\ Pi- 4-II-P3-P,.
